Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

10.7. Глиоксилатный цикл

НАДН → НАД+ + Н+ + 2е–

} окисление

ФАДН → ФАД + 2H+ + 2е–

О2 + 4Н+ + 4е– → 2H2O } восстановление АДФ + Фн → АТФ } фосфорилирование

10.7. ГЛИОКСИЛАТНЫЙ ЦИКЛ

Впрорастающих семенах клещевины, подсолнечника, арахиса и других культур активируется процесс синтеза моносахаридов и органических кислот из ацетил-КоА. Этот процесс можно рассматривать как видоизмененный цикл Кребса, в лимитирующей стадии которого происходит образование глиоксиловой кислоты (рис. 10.9). Поэтому этот процесс получил название глиоксилатный цикл. Ферментативные реакции глиоксилатного цикла протекают в субклеточных структурах, называемых глиоксисомами.

Вклетках животных этот цикл отсутствует.

Вглиоксилатном цикле, как и в цикле Кребса, из оксалоацетата и аце- тил-КоА при участии цитратсинтазы (1) синтезируется лимонная кислота (цитрат). В дальнейшем аконитаза (2) катализирует реакцию превращения цитрата в изоцитрат. Промежуточным продуктом реакции является цис- аконитовая кислота. Однако следующая реакция глиоксилатного цикла отличается от реакций цикла трикарбоновых кислот. В глиоксилатном цикле изоцитратлиаза (3) расщепляет изоцитрат на янтарную и глиоксиловую кислоты. К последней малатсинтаза (4) присоединяет ацетил-КоА с образованием яблочной кислоты (малата). Цикл завершает малатдегидрогеназа (5), катализирующая реакцию дегидрирования малата. В результате реакции образуется щавелевоуксусная кислота (оксалоацетат).

Образовавшаяся в глиоксилатном цикле янтарная кислота (сукцинат) поступает из глиоксисомы в митохондрии, где подвергается следующим превращениям. Вначале под действием флавопротеиновой сукцинатдегидрогеназы (6) сукцинат дегидрируется с образованием фумаровой кислоты (фумарат). Затем при участии фумаратгидратазы (7) происходит присоединение молекулы воды к фумаровой кислоте с образованием яблочной кислоты. После этого малат подвергается дегидрированию при участии малатдегидрогеназы (8). Реакция протекает в присутствии НАД+, который восстанавливается в НАДН. Образовавшийся оксалоацетат превращается в фосфоенолпировиноградную кислоту. Реакцию катализирует фосфопируваткарбоксилаза (9), осуществляющая перенос остатка фосфорной кислоты с ГТФ на оксалоацетат. Далее фосфоенолпировиноградная кислота превращается при участии ферментов глюконеогенеза. В этом процессе образуются триозофосфаты и фосфорилированные формы моносахаридов.

163

Глава 10. Метаболизм углеводов

Рис. 10.9. Глиоксилатный цикл (1 — цитратсинтаза, 2 — аконитаза, 3 — изоцитратлиаза, 4 — малатсинтаза,

5 — малатдегидрогеназа, 6 — сукцинатдегидрогеназа, 7 — фумаратгидратаза,

8 — митохондриальная малатдегидрогеназа, 9 — фосфопируваткарбоксилаза)

Таким образом, глиоксилатный цикл крайне необходим растениям, так как выполняет роль связующего процесса в соматических клетках, обеспечивая протекание реакций синтеза липидов, углеводов, органических кислот, аминокислот и других соединений.

10.8. ПРОЦЕСС СИНТЕЗА ГЛЮКОЗЫ

При определенных условиях пировиноградная кислота может быть использована в анаэробных реакциях синтеза глюкозы и крахмала. Процесс

164

10.8. Процесс синтеза глюкозы

синтеза глюкозы из пирувата называется глюконеогенез (рис. 10.10). В этом процессе участвуют ферменты, катализирующие обратимые стадии гликолиза. При этом три необратимые реакции гликолиза катализируются специализированными ферментами глюконеогенеза.

Первая реакция глюконеогенеза катализируется пируваткарбоксилазой (1), которая осуществляет присоединение СО2 к пировиноград-

Рис. 10.10. Синтез глюкозы из пировиноградной кислоты (глюконеогенез) (1 — пируваткарбоксилаза, 2 — фосфоенолпируваткарбоксикиназа, 3…8, 10 — ферменты гликолиза, 9 — фруктозодифосфатаза, 11 — глюкозо-6-фосфатаза)

165

Глава 10. Метаболизм углеводов

ной кислоте, с образованием оксалоацетата. В реакциях участвует АТФ, активатором фермента служит ацетил-КоА. В следующей реакции оксалоацетат подвергается декарбоксилированию и фосфорилированию, превращаясь в фосфоенолпируват. Реакция катализируется фосфоенолпируваткарбоксикиназой (2), при этом донором фосфатного остатка служит гуанозинтрифосфат (ГТФ).

При участии ферментов гликолиза фосфоенолпируват превращается во фруктозо-1,6-дифосфат, который подвергается дефосфорилированию. Эта реакция катализируется ферментом фруктозодифосфатазой (9), при участии которой фруктозо-1,6-дифосфат преобразуется во фруктозо- 6-фосфат. Ингибитором фермента служит АМФ и фруктозо-2,6-дифос- фат. Фруктозо-6-фосфатизомераза (10) гликолиза катализирует реакцию изомеризации, превращая фруктозо-6-фосфат в глюкозо-6-фосфат. Последний подвергается дефосфорилированию при участии глюкозо-6-фос- фатазы (11) в глюкозу. Суммарное уравнение реакций глюконеогенеза следующее:

2CH3COCOOH + 4АТФ + 2ГТФ + 2НАДН + 2Н+ + 6Н2О →

→ ГЛЮКОЗА (С6Н12О6) + 2НАД+ + 4АДФ + 2ГДФ + 6Фн

Таким образом, в реакциях глюконеогенеза принимают участие ферменты гликолиза, катализирующие обратимые стадии (енолаза, глицератмутаза, глицераткиназа, 3-фосфоглицератдегидрогеназа, триозофосфатизомераза, альдолаза, глюкозо-6-фосфатизомераза). Направленность глюконеогенеза определяется ферментами: пируваткарбоксилазой, фосфоенолпируваткарбоксилазой, фруктодифосфатазой и глюкозо-6-фос- фатазой. Регуляторами глюконеогенеза являются АТФ и АМФ, а также фруктозо-2,6-дифосфат. Высокие концентрации АТФ при низком содержании АМФ стимулируют протекание глюконеогенеза, тогда как повышение в клетке содержания фруктозо-2,6-дифосфата ускоряет протекание гликолиза и понижает скорость глюконеогенеза, а возрастание содержания фруктозо-2,6-дифосфата способствует ускорению глюконеогенеза. Лимитирующей реакцией глюконеогенеза является реакция, катализируемая пируваткарбоксилазой.

10.9.ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОВ

Пентозофосфатный путь начинается с окисления глюкозо-6-фосфата (рис. 10.11). Реакция катализируется ферментом глюкозо-6-фосфатдегид- рогеназой (1), с участием НАДФ и ионов Мg2+ и Мn2+. В реакции глюкозо- 6-фосфат подвергается дегидрированию, превращаясь в 6-фосфоглюко-

166

10.9. Пентозофосфатный путь превращения углеводов

Рис. 10.11. Пентозофосфатный путь окисления углеводов (1 — глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, 2 — 6-фосфоглюколактоназа,

3 — 6-фосфоглюконатдегидрогеназа, 4 — пентозофосфатизомераза,

5 — пентозофосфатэпимераза, 6 — транскетолаза, 7 — трансальдолаза,

8 — транскетолаза, 9 — триозофосфатизомераза, 10 — альдолаза, 11 — фруктозо-1,6-дифосфатаза, 12 — глюкозофосфатизомераза)

лактон, который гидролизуется при помощи 6-фосфоглюконолактоназы

(2)в 6-фосфоглюконовую кислоту.

Затем 6-фосфоглюконовая кислота подвергается дегидрированию

и декарбоксилированию при участии фермента 6-фосфоглюконатде- гидрогеназы (3) в рибулозо-5-фосфат. Реакция протекает при участии НАДФ. В дальнейшем рибулозо-5-фосфат под действием фермента фосфопентозоэпимеразы (5) превращается в ксилулозо-5-фосфат или изомеризуется соответствующей фосфопентозоизомеразой (4) в рибозо- 5-фосфат. На этом окислительные стадии в пентозофосфатном пути превращения углеводов завершаются и начинается неокислительный этап пентозофосфатного цикла, ферментами которого являются транс-

167